DE2938322A1

DE2938322A1 - Hitzdraht-durchsatz-messgeraet

Info

Publication number: DE2938322A1
Application number: DE19792938322
Authority: DE
Inventors: Masayuki Miki; Yutaka Nishimura; Shinichi Sakamoto; Takao Sasayama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-09-22
Filing date: 1979-09-21
Publication date: 1980-04-30
Also published as: FR2436974B1; GB2034482B; FR2436974A1; JPS5543447A; JPS6116026B2; US4297881A; DE2938322C2; GB2034482A

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät

Die Erfindung betrifft ein Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät und insbesondere eine Schaltungsanordnung mit guter Temperaturkompensation .

Gewöhnlich wird eine als Hitzdraht-Durchsatz-Messung bezeichnete Technik verwendet, bei der ein temperaturempfindliches Widerstandselement in eine Strömungsbahn eines Fluids gebracht und der Durchsatz des Fluids in der Zeiteinheit elektrisch abhängig von einer Beziehung zwischen einem Heiz- bzw. Wärmewert des temperaturempfindlichen Widerstandes und dem Durchsatz des Fluids gemessen wird.

Die herkömmlichen Hitzdraht-Durchsatz-Meßgeräte können grob in ein Gerät mit fester Temperatur und in ein Gerät mit fester Temperaturdifferenz eingeteilt werden (vgl. z. B. US-

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ORIGINAL INSPECTED

PS 3 747 577).

Das Gerät mit fester Temperatur ist mit einem Verstärker und einer Brückenschaltung einschließlich eines einzigen temperaturempfindlichen Widerstandselementes in einer Strömungsbahn des Fluids angeordnet. Die Brückenschaltung ist mit ersten Diagonal-Punkten und zweiten Diagonal-Punkten versehen. Der Verstärker ist an seinem Eingang mit den ersten Diagonal-Punkten und am Ausgang mit den zweiten Diagonal-Punkten verbunden. Der Verstärker steuert die an der Brückenschaltung liegende Spannung so, daß die Brückenschaltung immer in einem abgeglichenen Zustand gehalten ist. Durch die Steuerung wird ein durch das temperaturempfindliche Element fließender Strom entsprechend einem Durchsatz des Fluids gesteuert, und die Temperatur des temperaturempfindlichen Widerstandselements wird konstantgehalten. Entsprechend ist der erhaltene Durchsatz eine Funktion des durch das temperaturempfindliche Widerstandselement fließenden Stromes. Dieses Meßgerät ist wirksam, wenn die Temperatur des Fluids fest ist; jedoch muß der Meßwert entsprechend einem geänderten Wert der Temperatur kompensiert werden, wenn sich die Temperatur verändert.

Das Meßgerät mit fester Temperaturdifferenz schließt wirksam einen derartigen Nachteil aus. Bei diesem Meßgerät ist ein erstes temperaturempfindliches Widerstandselement für die Durchsatz-Messung in einem Strömungsweg des Fluids in einen ersten Zweig einer Brückenschaltung eingefügt, und ein zweites temperaturempfindliches Widerstandselement für eine Temperaturkompensation ist in einem zweiten Zweig in Reihe zum ersten Zweig vorgesehen. Zwei Eingänge eines Verstärkers sind parallel mit einer Reihenanordnung des ersten und des zweiten temperaturempfindlichen Elements vorgesehen. Mit dieser Schaltungsanord-

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nung wird eine Temperaturänderung im Fluid durch das zweite temperaturempfindliche Element für eine Temperaturkompensation in einer Fluidbahn erfaßt, und eine Steuerung erfolgt so, daß eine Differenz zwischen der Oberflächentemperatur des ersten temperaturempfindlichen Widerstandselements und der Oberflächentemperatur des zweiten temperaturempfindlichen Widerstandselements, d. h. die Temperatur des Fluids, immer konstantgehalten ist.

Ein Heizwert des ersten temperaturempfindlichen Widerstandselements im Fluid und ein durch das Fluid abgeführter Heizwert stehen in folgender Beziehung:

Q = I²R₁₁ = (C1 + C2 _Λ/^) ΔΤ,

mit Q = Heizwert des temperaturempfindlichen Widerstandselements ,

R„ = Widerstandswert des ersten temperaturempfindlichen Widerstandselements,

Cl und C2 = Konstanten,

q - Masse des Luft-Durchsatzes/Zeiteinheit, und am

Δ T = Differenz zwischen der Oberflächentemperatur des ersten temperaturempfindlichen Widerstandselements und der Fluid-Temperatur.

Wenn entsprechend die Temperaturdifferenz ΔT fest ist, hängt ein erfaßter Durchsatz von dem durch das erste temperaturempfindliche Widerstandselement fließenden Strom ab.

In der Schaltungsanordnung liegen die gleichen Spannun-

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gen am jeweiligen ersten und zweiten Zweig. Um die Empfindlichkeit der Durchsatz-Erfassung zu verbessern, muß der durch das erste temperaturempfindliche Widerstandselement fließende Strom größer als der durch das zweite temperaturempfindliche Widerstandselement fließende Strom sein. Wenn insbesondere das Durchsatz-Meßgerät in einem Kraftfahrzeug od. dgl. verwendet wird, ist die Spannung der Batterie-Spannungsquelle niedrig, z. B. 12 V, und somit ist der dort durchfließende Strom klein. In dieser Hinsicht ist die gerade erwähnte Anforderung gründlich. Wenn weiterhin das Erwärmen des zweiten temperaturempfindlichen Widerstandselements groß ist, wird die Erfassungsgenauigkeit der Fluid-Temperatur verringert. Dies erfordert, daß der durch das zweite temperaturempfindliche Widerstandselement fließende Strom soweit als möglich verringert werden sollte. Hierzu muß der Widerstandswert des zweiten Zweiges größer als der Widerstandswert des ersten Zweiges sein. D. h., der Widerstandswert des zweiten temperaturempfindlichen Widerstandselements muß größer als der Widerstandswert des ersten temperaturempfindlichen Widerstandselements sein. Das erste und das zweite temperaturempfindliche Widerstandselement haben gleiche Temperaturkoeffizienten und bestehen aus dem gleichen Material oder Werkstoff, wie z. B. Platin. Um daher den Widerstandswert des temperaturempfindlichen Widerstandselements größer zu machen, muß der Platin-Widerstandsdraht verengt werden. Jedoch ist es sehr schwierig, den Platin-Widerstandsdraht so zu verengen, daß er insgesamt den gleichen Durchmesser aufweist, und der Draht leidet unter einem ungleichmäßigen spezifischen Widerstand über seiner gesamten Länge. Um einen derartigen ungleichmäßigen spezifischen Widerstand des zweiten temperaturempfindlichen Widerstandselements aufgrund des ungleichmäßigen spezifischen Widerstandes des Drahtes zu kompensieren, müssen die Widerstandswerte anderer Widerstände in der Brückenschaltung eingestellt werden. Die Einstellung ist

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sehr mühsam, was zu einer schlechten Reproduzierbarkeit des Gerätes führt. Zusätzlich müssen zwei Arten von Widerständen für den ersten und den zweiten temperaturempfindlichen Widerstand vorbereitet werden, was ebenfalls eine Verschlechterung der Reproduzierbarkeit bedingt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der obigen Nachteile der herkömmlichen Meßgeräte ein Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät anzugeben, das eine hohe Empfindlichkeit für eine Durchsatz-Änderung und eine gute Temperaturkompensation für eine Temperaturänderung des Fluids besitzt.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß eine Reihenanordnung mit einem temperaturempfindlichen Widerstand für die Messung im Fluid und mit einem Widerstand vorgesehen wird; die Differenz zwischen einer unterteilten Spannung am temperaturempfindlichen Widerstandselement für eine Messung und einer Spannung am temperaturempfindlichen Widerstandselement für eine Temperatürkompensation im Fluid wird ermittelt; der in die Reihenanordnung gespeiste Strom wird aufgrund der Spannungsdifferenz gesteuert.

Die Erfindung sieht also ein Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät vor, das aufweist eine Reihenschaltung einschließlich eines ersten temperaturempfindlichen Widerstandselements, das in einer Fluidbahn des Fluids vorgesehen ist, und eines ersten Widerstandselements, einen Spannungsteiler zum Teilen der Spannung am ersten temperaturempfindlichen Widerstandselement, einen zweiten temperaturempfindlichen Widerstand zur Temperaturkompensation, der in der Fluidbahn des Fluids vorgesehen ist, einen Detektor zum Erfassen einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Spannungsteilers und der Ausgangsspannung des zweiten temperaturempfindlichen Widerstandes zur Temperaturkom-

pensation, ein Steuerglied zum Steuern des in die Reihenschaltung gespeisten Stromes entsprechend einer vom Detektor erfaßten Spannung und ein Ausgangsglied zum Erzeugen einer Spannung entsprechend der Spannung am Widerstandselement, wobei die Ausgangsspannung des Ausgangsgliedes den Durchsatz des Fluids anzeigt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt einer Brennkraftmaschine, die eine bevorzugte Anwendung der Erfindung ist,

Fig. 2 Zeitdiagramme zur Erläuterung des Betriebs der in Fig. 1 gezeigten Brennkraftmaschine,

Fig. 3 ein Schaltbild einer elektronischen Steuereinheit für die in Fig. 1 gezeigte Brennkraftmaschine ,

Fig. 4 ein Schaltbild einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle, die in der in Fig. 3 gezeigten Schaltung verwendet ist,

Fig. 5 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hitzdraht-Durchsatz-Meßgeräts ,

Fig. 6 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Meßgeräts,

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer Verarbeitungsmethode der Ausgangsspannungen der

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in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiele,

Fig. 8 den Verlauf von Ausgangskennlinien des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 9 eine Kurve zur Erläuterung von Durchsatz-Werten entsprechend den Ausgangsdaten der Schaltung in der Fig. 5 oder 6,

Fig. 10 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer

anderen Verarbeitungsmethode der Ausgangsspannungen von den in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen,

Fig. 11 den Verlauf von Eingangskennlinien von

in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausgangsverstärkern,

Fig. 12 einen Schaltungsaufbau eines Ausgangs-Kompensiergliedes, das in der Erfindung bevorzugt wird,

Fig. 13 ein Schaltbild eines ersten Beispieles des Ausgangs-Kompensiergliedes,

Fig. 14 ein Flußdiagramm, um einen Durchsatzwert

mittels der in Fig. 13 gezeigten Schaltung zu erhalten,

Fig. 15 ein Schaltbild eines zweiten und eines

dritten Ausführungsbeispiels des Ausgangs-

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Kompensiergliedes, und

Fig. 16 ein Flußdiagramm, um einen Durchsatzwert

mittels der in Fig. 15 gezeigten Schaltung zu erhalten.

Bevor die Erfindung näher erläutert wird, soll anhand der Fig. 1 bis 4 ein typisches Beispiel beschrieben werden, für das das erfindungsgemäße Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät anwendbar ist. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer Brennkraftmaschine und deren betreffenden Randteile, auf die das erfindungsgemäße Durchsatz-Meßgerät als eine Einrichtung anwendbar ist, um den Durchsatz der Ansaugluft-Strömung für die Brennkraftmaschine von z. B. einem Kraftfahrzeug zu messen. Ansaugluft wird zu einem Zylinder 108 über ein Luftfilter 102, eine Drosselkammer 104 und ein Ansaugrohr 106 gespeist. Im Zylinder 108 verbrannte Gase werden über eine Auspuff- oder Abgasleitung 110 in die Atmosphäre abgegeben. Ein Kraftstoff-Einspritzventil 112 zum Einspritzen von Kraftstoff ist in der Drosselkammer 104 vorgesehen. Vom Einspritzventil 112 ausgespritzter Kraftstoff wird in einem Luftweg der Drosselkammer 104 zerstäubt und mit Ansaugluft in ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gemischt. Das Gemisch wird zum Brennraum des Zylinders 108 über das Ansaugrohr gespeist, wenn ein Ansaugventil 120 offen ist. Drosselventile 114 und 116 sind in der Nähe des Auslasses des Einspritzventiles 112 vorgesehen. Das Drosselventil 114 ist mechanisch mit einem Gaspedal gekoppelt und durch einen Bediener oder Fahrer angesteuert. Das Drosselventil 116 ist mit einer Membran 118 kraftschlüssig gekoppelt. Das Drosselventil 116 ist vollständig geschlossen in einem kleinen Bereich des Luftdurchsatzes in die Drosselkammer 104. Mit steigendem Luftdurchsatz wächst der auf die Membran 118 einwirkende Druck an, so daß sich das Drosselventil 116 zu öffnen beginnt, um einen

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Anstieg des auf das Drosselventil 116 einwirkenden Luft-Saugwiderstandes zu unterdrücken. Ein Luftweg 122 ist stromauf der Drosselventile 114 und 116 der Drosselkammer 104 vorgesehen. Ein elektrischer Heizer oder ein temperaturempfindlicher Widerstand 124, der ein Teil des erfindungsgemäßen Hitzdraht-Luft-Strömungsmessers ist, liegt im Luftweg 122. Der Hitzdraht-Luft-Strömungsmesser erzeugt ein elektrisches Signal, das sich mit einem Luftdurchsatz in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen einem Luftdurchsatz und einem Heizwert des temperaturempfindlichen Widerstandes verändert. Da der temperaturempfindliche Widerstand 124 im Luftweg 122 vorgesehen ist, wird er von Gasen hoher Temperatur während einer Fehlzündung und von Verschmutzung durch Staub od. dgl. in der Luft geschützt. Der Auslaß des Luftweges 122 ist offen nahe des schmälsten Teiles des Venturirohres, während der Auslaß stromauf des Venturirohres offen ist.

Zum Einspritzventil 112 gespeister Kraftstoff wird von einem Kraftstoffdruckregler 138 erhalten, zu dem ein Kraftstofftank 130 Kraftstoff über eine Strecke aus einer Kraftstoffpumpe 32, einem Kraftstoffdämpfer 134 und einem Filter 136 speist. Der Kraftstoffdruckregler 138 speist mit Druck beaufschlagten Kraftstoff über eine Leitung 140 zum Einspritzventil. Eine Rücklaufleitung 142 führt Kraftstoff vom Kraftstoffdruckregler 138 zum Kraftstofftank 130 zurück, so daß eine Differenz zwischen einem Druck in der Ansaugleitung, in die das Einspritzventil den Kraftstoff einspritzt, und einem Kraftstoff druck zum Einspritzventil 112 immer konstantgehalten ist.

Das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das über das Ansaugventil 120 aufgenommen ist, wird durch einen Kolben 150 komprimiert und durch einen von einer Zündkerze 152 erzeugten Funken verbrannt, um in kinetische Energie umgesetzt zu werden. Der Zy-

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linder 108 ist durch Kühlwasser 154 gekühlt, dessen Temperatur durch einen Wärmesensor 156 gemessen ist. Eine Zündspule 158 legt eine Hochspannung an die Zündkerze 152 in der Zeitsteuerung der Zündung.

Die im Zylinder 108 verbrannten Gase werden über ein (nicht gezeigtes) Abgasventil und eine Abgasleitung 110 nach außen abgegeben. Eine λ -Sonde 160 zum Erfassen des Abgas-Zustandes und ein Abgas-Temperatur-Sensor (nicht gezeigt) liegen in der Abgasleitung 110.

Weiterhin sind (nicht gezeigte) Kurbelwinkel-Sensoren vorgesehen, die ein Bezügswinkelsignal und ein Stellungssignal bei jedem Bezugskurbelwinkel und einem festen Kurbelwinkel von z. B. 0,5° entsprechend einer Drehung der Brennkraftmaschine von 0,5° jeweils erzeugen. Die Ausgangssignale von diesen Sensoren liegen an einer Steuereinrichtung 170, wo sie genau verarbeitet werden. Die Ausgangssignale von der Steuereinrichtung 170 steuern das Einspritzventil 112 und die Zündspule 158 an.

Fig. 2 zeigt Kraftstoff-Einspritz-Zeitsteuerungen der Kraftstoff-Einspritzung vom Einspritzventil 112 in einem Viertaktmotor. In der Figur ist auf der Abszisse der Drehwinkel der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine dargestellt. In Fig. 2(a) sind Ansaughübe der jeweiligen Zylinder durch Schraffierungen angedeutet. Wie aus dieser Figur zu ersehen ist, erfolgt der Ansaughub alle 180°: Der erste Zylinder für 0 bis 180°, der dritte Zylinder für 180° bis 360°, der vierte Zylinder für 360° bis 540°, der zweite Zylinder für 540° bis 720°.

Wie aus der Fig. 2(b) zu ersehen ist, wird ein Bezugskurbelwinkelimpuls alle 180° erzeugt. Nach dem Impuls ist das Einspritzventil 112 offen, und seine Öffnungszeit wird durch

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das Ergebnis der Operation bestimmt, die durch die Steuereinrichtung 170 aufgrund der bereits gemessenen Daten durchgeführt wird. Die Kraftstoff-Einspritzperioden, d. h., die Öffnungsperioden des Einspritzventiles 112, sind in Fig. 2(c) dargestellt.

Die Einzelheiten der Steuereinrichtung 170 sind in Fig. 3 gezeigt. Die Eingangssignale in die Steuereinrichtung 170 sind grob in drei Arten von Signalen eingeteilt. Die erste Signalart umfaßt Analog-Eingangssignale vom Sensor 124 zum Erfassen einer Ansaugluftmenge, vom Sensor 156 zum Erfassen des Motor-Kühlwassers u. dgl. Von diesen Analog-Eingangssignalen wird das vom Sensor 124 erhaltene Signal in einem Prozessor 180 verarbeitet und an einen Multiplexer 181 abgegeben. Die übrigen Eingangssignale liegen direkt am Multiplexer (MPX) 181, wo die Ausgangssignale von den jeweiligen Sensoren in Zeit-Multiplex-Weise gewählt und dann einem Analog/Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer) 182 zugeführt werden, wo sie einer Analog/Digital-ümsetzung unterworfen sind. Die zweite Art von Signalen sind Informationssignale, die in der Form eines Ein/Aus-Signales zugeführt sind. Eines dieser Signale ist ein Signal ΘΤΗ, das z. B. einen vollständig geschlossenen Zustand des Drosselventiles darstellt und von einem Schalter 174 übertragen ist, der mit dem Drosselventil verriegelt ist. Diese Signale können jeweils als ein Bit-Digital-Signal verarbeitet werden. Die dritte Art von Signalen sind Eingangssignale in der Form einer Impulsfolge, wie z. B. das Bezugskurbelwinkelsignal (CRP) und das Stellungsimpulssignal (CPP). Diese Signale werden vom Kurbelwinkelsensor 176 erhalten. Das Bezugskurbelwinkelsignal wird alle 180° des Kurbelwinkels für einen Viertaktmotor, alle 120° für einen Sechstaktmotor und alle 90° für einen Achttaktmotor erzeugt. Das Stellungsimpulssignal wird z. B. alle 0,5° des Kurbelwinkels erzeugt.

Eine Zentraleinheit (CPU) 196 führt eine Digital-Operation durch, ein Festspeicher (ROM) 190 speichert ein Steuerprogramm und feste Daten, und ein Schreib-Lese-Speicher (RAM) mit wahlfreiem Zugriff 192 erlaubt Lese- und Schreib-Operationen einer Information. Eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (E/A-Schnittstelle) 194 empfängt Signale vom A/D-Umsetzer 182 und von den Sensoren 174 und 176 und sendet Signale zur Zentraleinheit 196. Weiterhin empfängt die E/A-Schnittstelle 194 Signale von der Zentraleinheit 196 und sendet diese als ein Einspritzsignal INJ und als ein Zündsignal IGN an das Einspritzventil 112 bzw. an die Zündspule 158. Der Festspeicher 190, die Zentraleinheit 196 und der Schreib/Lese-Speicher 192 sind miteinander durch einen Steuerbus 197, einen Datenbus 198 und einen Adreßbus 199 verbunden. Eine Strom- bzw. Spannungsquelle (nicht gezeigt) gibt die notwendige Leistung an diese Schaltungselemente oder -komponenten der Steuereinrichtung ab. Jedes Bauteil aus den Einspritzventilen 112 und den Zündspulen 158 ist mit einer elektromagnetischen Spule zum Ansteuern des Ventiles bzw. einer Primärspule zum Speichern elektromagnetischer Energie ausgestattet. Diese Spulen sind an den einen Enden mit einem Stromquellenanschluß 178 und an den anderen Enden mit der E/A-Schnittstelle 194 verbunden. Mit diesem Aufbau werden in die Einspritzventile 112 und die Zündspulen 158 fließende Ströme gesteuert.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung bezüglich der Steuerung der E/A-Schnittstelle 194. Die Zündung-Zeitsteuerungsdaten, die durch Verarbeiten der Analog-Daten AF, TW und dergl. in der Zentraleinheit 196 erhalten sind, werden in ein Register 202 (als ADC-Register bezeichnet) eingegeben. Die Zündung-Zeitsteuerungsdaten und die Stromleitung-Start-Zeitsteuerungsdaten des Primärstromes in der Zündspule werden ebenfalls in der Zentraleinheit 196 verarbeitet und in

ein Register 204 (als DWL-Register bezeichnet) eingegeben. Ein Ausgangssignal vom ADC-Register 202 wird in einen Vergleicher 206 eingespeist, und ein Ausgangssignal vom DWL-Register 204 wird an einen Vergleicher 208 abgegeben. Der Vergleicher 206 erzeugt einen Ausgangsimpuls, wenn der Zählerstand eines Zählers 210 einen voreingestellten Wert erreicht, der in das Register 202 eingegeben ist. Der Vergleicher 208 erzeugt einen Ausgangsimpuls, wenn der Zählerstand eines zweiten Zählers 212 den voreingestellten Wert erreicht, der in das Register 204 eingegeben ist. Der Vergleicher 206 erzeugt einen Zündung-Zeitsteuerungsimpuls, und der Vergleicher 208 erzeugt einen Stromleitung-Start-Zeitsteuerungsimpuls. Abhängig von den Ausgangssignalen von den Vergleichern 206 und 208 erzeugt ein RS-Flipflop 214 abwechselnd "1"- und "O"-Signa-Ie. Ein Zündsignal IGN, das vom Q-Ausgang des Flipflops 204 erhalten ist, steuert die Zündspule an. Der erste Zähler 210 zählt das Stellungsimpulssignal CPP, das durch ein UND-Gatter 216 geführt ist. Das UND-Gatter 216 wird durch ein Q-Ausgangssignal von einem RS-Flipflop 218 freigegeben, das durch das Bezugskurbelwinkelsignal CRP eingestellt ist. Der erste Zähler 210 wird durch das Bezugskurbelwinkelsignal CRP zurückgestellt, und das RS-Flipflop wird durch ein Ausgangssignal vom Vergleicher 206 rückgesetzt. In dem Zeitpunkt, wenn ein Rücksetzzustand des RS-Flipflops 218, der durch das Ausgangssignal des Vergleichers 206 verursacht ist, in einen Setzzustand durch das Bezugskurbelwinkelsignal CRP übertragen wird, wird das UND-Gatter 216 freigegeben, und der erste Zähler 210 setzt sein Zählen des Stellungsimpulssignales CPP fort, bis dessen Inhalt mit den Inhalten des ADC-Registers 202 übereinstimmt, um dadurch das Ausgangssignal vom Vergleicher 206 zu erzeugen.

Das zweite Zähler-Register 212 zählt auch das Stellungsimpulssignal CPP über ein UND-Gatter 220. In diesem Fall ist

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die Freigabebedingung des UND-Gatters 220 von derjenigen des UND-Gatters 216 verschieden. D. h., das UND-Gatter 220 wird durch das Q-Ausgangssignal eines RS-Flipflops 222 freigegeben, wenn dieses durch ein Ausgangssignal vom Vergleicher 206 gesetzt ist. Das RS-Flipflop 222 wird durch das Ausgangssignal des Vergleichers 208 rückgesetzt. Entsprechend zählt der zweite Zähler 212 das Stellungsimpulssignal CPP, bis dessen Inhalte mit den in das Verweilregister 204 eingegebenen Inhalten übereinstimmen; danach erzeugt der Vergleicher 206 ein Ausgangssignal. Wenn der Zählerstand des Zählers 212 mit dem voreingestellten Wert übereinstimmt, der in das Verweilregister (DWL-Register) 204 eingegeben ist, erzeugt der Vergleicher 208 ein Ausgangssignal, das seinerseits den logischen Pegel "0" des Signales IGN bewirkt, das durch ein Ausgangssignal vom Vergleicher 206 auf eine logische "1" eingestellt wurde. Zu dieser Zeit beginnt der Primärstrom der Zündspule zu fließen.

Das alle 180° des Kurbelwinkels erzeugte Impulssignal CRP wird in 1/2 durch einen Frequenzdividierer 224 frequenzgeteilt. Daher erzeugt der Dividierer 224 ein Ausgangssignal bei jeder Drehung von 360° des Kurbelwinkels. Der Ausgangsimpuls des Frequenzdividierers 224 liegt am Setzanschluß eines RS-Flipflops 226 und am Rücksetzanschluß eines Zählers 228 sowie am Setzanschluß eines RS-Flipflops 230. Das Q-Ausgangssignal des RS-Flipflops 230 wird als ein Kraftstoff-Einspritzsignal INJ erzeugt, um das Kraftstoff-Einspritzventil für eine Kraftstoff-Einspritzung anzusteuern. Der Ausgangsimpuls des Frequenzdividierers 224 liegt am RS-Flipflop 226, so daß dieses ein Q-Ausgangssignal erzeugt, das seinerseits ein UND-Gatter 232 freigibt, damit ein Taktsignal dort hindurch zum Zähler 228 geschickt werden kann. Zu dieser Zeit wird der Zähler 228 durch einen Ausgangsimpuls des Frequenzdividierers rückgesetzt. Das Taktsignal wird durch einen (nicht gezeigten)

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Oszillator erzeugt. Kraftstoff-Einspritzdaten werden in ein Register (INJ-Register) 234 eingegeben. Ein Ausgangssignal vom INJ-Register liegt an einem Vergleicher 236. Der Zähler 228 zählt das über das UND-Gatter 232 geführte Taktsignal und überträgt dessen Inhalte zum Vergleicher 236. Wenn der Zählerstand des Zählers 328 mit dem in das INJ-Register 234 eingegebenen Wert übereinstimmt, erzeugt der Vergleicher 236 ein Ausgangssignal, das seinerseits dem Rücksetzanschluß des RS-Flipflops 230 zugeführt ist, und dann wird das INJ-Signal eine logische "0", um die Kraftstoff-Einspritzung zu unterbrechen.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät näher erläutert. Dabei sind einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 5 zeigt ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerätes. Dabei ist ein temperaturempfindlicher Meßwiderstand 3 (entsprechend 124 in Fig. 4) im Strömungsweg des Fluids oder im Weg 122 in Fig. 1 vorgesehen und in Reihe mit einem Widerstand 4 geschaltet. Eine Reihenschaltung mit Widerständen 9 und 10, die parallel zum temperaturempfindlichen Widerstand 3 vorgesehen ist, bildet einen Spannungsteiler zum Teilen der Spannung am Widerstand 3. Weiterhin ist ein temperaturempfindlicher Widerstand 6 zur Temperaturkompensation, der im Luftweg 122 (vgl. Fig. 1) oder im Strömungsweg des Fluids vorgesehen ist, in Reihe zu einem Widerstand 11 geschaltet. Ein Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 3 und 4 ist mit dem nichtinvertierten Eingangsanschluß eines Verstärkers, z. B. eines Operationsverstärkers 12, verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 6 und 11 ist mit dem invertierten Eingangsanschluß des Verstärkers verbunden. Der temperaturempfindliche Widerstand 6 liegt zwischen dem invertierten Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 12. Der Ausgang des Operationsverstärkers 12 ist

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mit dem nichtinvertierten Eingangsanschluß eines Verstärkers, z. B. eines Operationsverstärkers 8, verbunden, dessen invertierter Eingangsanschluß an einen Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 9 und 10 angeschlossen ist. Ein Ausgangssignal des Operationsverstärkers 8 liegt als eine Vorspannung an einem Stromsteuerelement, z. B. an der Basis eines Transistors 2. Der Kollektor des Transistors 2 ist über einen Widerstand 5 mit einer (nicht gezeigten) Gleichspannungsquelle verbunden, die eine Spannung V erzeugt. Der Emitter des Transistors 2 ist an einen Verbindungspunkt 25 zwischen dem Widerstand 9 und dem Widerstand 3 angeschlossen. Eine Reihenschaltung mit einem Widerstand 17 und einer Diode 18, die zwischen der Gleichspannungsquelle und dem nichtinvertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 8 gekoppelt ist, und eine Reihenschaltung mit Dioden 19 und 20, die zwischen der Anode der Diode 18 und Erde gekoppelt sind, bilden zusammen eine Startschaltung 23. Abhängig vom Einschalten der Strom- bzw. Spannungsquelle startet die Startschaltung 23 das Meßgerät. Der Betrieb der Startschaltung wird weiter unten näher erläutert. Der nichtinvertierte Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 12 ist mit dem nichtinvertierten Eingangsanschluß eines Verstärkers verbunden, wie z. B. eines Operationsverstärkers 13. Der invertierte Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 13 ist über einen Widerstand 14 mit Erde verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand 15 liegt zwischen dem invertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 13 und dessen Ausgangsanschluß. Zwischen dem Emitter des Transistors 2 und dem invertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 13 ist ein Konstantspannungsglied, z. B. eine Z-Diode, vorgesehen.

In der in Fig. 5 gezeigten Schaltung entspricht der Schaltungsaufbau mit Ausnahme der temperaturempfindlichen Widerstände 3 und 6 dem in Fig. 3 gezeigten Prozessor 180. Die temperatur-

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empfindlichen Widerstände 3 und 6 bestehen aus dem gleichen Material, z. B. aus Platin, mit einem Temperaturkoeffizienten et . Der temperaturempfindliche Widerstand 6 liegt im Strömungsweg des Fluids, um die Temperatur des Fluids zu erfassen.

Im folgenden wird der Betrieb der Startschaltung 23 näher erläutert. Wenn eine Strom- bzw. Spannungsquelle eingeschaltet wird, wird der Verstärker 8 gezwungen, zeitweise ein Ausgangssignal zu erzeugen und seinerseits den Transistor 2 einzuschalten, um dadurch die in Fig. 5 gezeigte Schaltung zu betätigen. Wenn die Strom- bzw. Spannungsquelle nicht eingeschaltet ist, ist der Transistor 2 im Aus-Zustand, und die Ausgangssignale von den Operationsverstärkern 8 und 12 haben den Wert Null. Wenn die Strom- bzw. Spannungsquelle eingeschaltet ist, liegt eine Spannungsquellen-Spannung V am Kollektor des Transistors 2 und an der Schaltung 23. Da die Dioden 18 und 20 jeweils einen Vorwärts- oder Durchlaßspannungsabfall V, besitzen, nimmt das Anodenpotential der Diode 18 den Wert 2 V, an, so daß das Potential am nichtinvertierten Eingang des Operationsverstärkers 8 den Wert 1 V, besitzt, da der Vorwärtsoder Durchlaßspannungsabfall der Diode 18 V, beträgt. Zu dieser Zeit hat das Potential des invertierten Eingangsanschlusses des Verstärkers 8 den Wert Null, so daß das Ausgangssignal vom Operationsverstärker 8 auf einem hohen Pegel ist und der Transistor 2 leitend wird. Wenn die Schaltung einschließlich der temperaturempfindlichen Widerstände 2 und 6 in einen abgeglichenen Zustand kommt, sind die Spannungen am invertierten und am nichtinvertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers beide höher als der Vorwärts- oder Durchlaßspannungsabfall V, an der Diode, so daß die Diode 18 umgekehrt vorgespannt und die Startschaltung 23 elektrisch vom Operationsverstärker 8 getrennt

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Wenn ein PNP-Transistor anstelle des in Fig. 5 gezeigten NPN-Transistors verwendet wird, sollte die Kathode der Diode 18 mit dem invertierten Eingang des Operationsverstärkers 8 anstelle mit dessen nichtinvertiertem Eingang verbunden werden.

Nach dem Leiten des durch die Startschaltung angesteuerten Transistors 2 fließt der Emitterstrom dieses Transistors 2 in die Reihenschaltung mit den Widerständen 3 und 4 und in den Spannungsteiler aus den Widerständen 9 und 10. Es sei nun angenommen, daß die Widerstandswerte der Widerstände 3, 4, 6, 9, 10 und 11 jeweils R3, R4, R6, R9, R10 und R11 betragen, daß der Spannungsabfall am Widerstand 4 den Wert V4 besitzt und daß am Widerstand 3 ein Spannungsabfall V3 auftritt. Der Operationsverstärker 12 vergleicht die Eingangspotentiale am invertierten und am nichtinvertierten Eingangsanschluß, d. h., ein Potential am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 3 und 4 und ein Potential am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 6 und 7, und steuert sein Ausgangspotential so, daß diese Eingangspotentiale gleich miteinander sind. Das Ausgangspotential des Operationsverstärkers 12 beträgt V4 + R6/R11 * V4. Der Operationsverstärker 8 steuert die Basisspannung des Transistors 2 so, daß ein Potential am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 9 und 10 oder eine geteilte Spannung am Widerstand 3 (V4 + R10 · V3/(R9 + R10)) und ein Potential am Ausgang des Operationsverstärkers 12 gleich zueinander sind. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß der Vergleicher 8 nicht die Steuerung beeinflußt, um die Spannung am Widerstand 3 gleich zur Spannung am Widerstand 6 zu machen, sondern die geteilte Spannung am temperaturempfindlichen Widerstand 3 mit der Spannung am temperaturempfind-

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lichen Widerstand 6 vergleicht und die Steuerung so bewirkt, daß diese Spannungen gleich miteinander sind. Folglich kann die Spannung am Widerstand 6 viel kleiner als die Spannung am Widerstand 3 gewählt werden. Das Ausgangssignal der in Fig. 5 gezeigten Schaltung wird in der folgenden Weise erhalten, wenn ein abgeglichener Zustand beibehalten wird. Es sei angenommen, daß die Summe der Widerstandswerte der Widerstände 9 und 10 viel größer als der Widerstandswert des temperaturempfindlichen Widerstandes 3 gewählt ist. Die Widerstandswerte der temperaturempfindlichen Widerstände 3 und 6 sind gegeben durch:

R3 = R30 (1 + 0C.T3) (1)

R6 = R60 (1 + Ot T6) (2) ,

mit R30 = Widerstandswert des Widerstandes 3 bei einer Bezugstemperatur ,

R60 = Widerstandswert des Widerstandes 6 bei einer Bezugstemperatur,

T3 = Oberflächentemperatur des Widerstandes 3, und T6 = Oberflächentemperatur des Widerstandes 6.

Die Bedingung zum Abgleichen der Schaltung der Fig. 4 ist gegeben durch:

R4 · R6 = k · R11 · R3 (3) ,

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mit k = R1O/(R9 + R10).

Wenn die Gleichungen (1) und (2) in die Gleichung (3) eingesetzt werden, folgt:

T3 - T6 = Δ T = 1/ec (1 + k · R11 · R3O/R4 · R60) . (1 + Ot Τ3) (4)

Eine Beziehung zwischen einem Heizwert des in ein Fluid gebrachten temperaturempfindlichen Widerstandes und dem mit dem Fluid abgeführten Heizwert ist gegeben durch:

Q = I²R3 = (C1 + C2 -Jq^_n) ' Δ Τ (5),

mit I = Strom durch den Widerstand 3, C1 und C2 = Konstanten,

q = Masse des Luftdurchsatzes, und ^¹ am

Q = Heizwert des temperaturempfindlichen Widerstandes 3, Aus den Gleichungen (1) und (5) folgt:

Q = I²R3O (1 + Ot T3) = (C1 + C2 -Jq^) Δ Τ (6).

Aus den Gleichungen (4) und (6) ergibt sich:

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Q = I²R3O (1 + Ot T3) = 1/«. (C1 + C2 ,/q ) (1 - k · R11

• R3O/R4 · R60) · (1 + Ot T3) (7).

Daher gilt:

I² = 1/Ot R3O (C1 + C2 Jq ') (1 - k · R11 * R3O/R4 · R60)

y dm

= k (C1 + C2 ^J (8),

mit k = 1/et R3O (1 - k · R11 · R3O/R4 · R60) = Konstante.

Wie aus der Gleichung (4) zu ersehen ist, hängt die Temperaturdifferenz Δ T lediglich von T3 ab, und daher ist es nicht erforderlich, die Werte der Schaltungskomponenten einzustellen. Eine derartige Temperaturdifferenz Δ Τ erfüllt die Gleichung (8), so daß der durch den temperaturempfindlichen Widerstand 3 fließende Strom eine Funktion ist, die lediglich den Luftdurchsatz q einschließt. Entsprechend werden im abgeglichenen Zustand der Schaltung die durch den temperaturempfindlichen Widerstand 3 und den Widerstand 4 fließenden Ströme gleich miteinander. Daher ist der Durchsatz des Fluids zu erhalten, indem die Spannung am Widerstand R4 gemessen wird. D. h., die Spannung am Widerstand 4 wird im Ausführungsbeispiel durch den Operationsverstärker 13 erzeugt. Da die Widerstände 14 und 15 so gewählt sind, daß der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 13 den Wert 1 besitzt, ist die Spannung Eo am Ausgangsanschluß 24 des Operationsverstärkers 13 gegeben durch:

Eo = IR4 = R4 ^k(CI + C2 -^q^) (9).

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Die Gleichung (9) zeigt, daß die Spannung Eo eine Funkdes Dur^
Spannung Eo.

tion des Durchsatzes ist. Daher ist q eine Funktion der

^ am

Das Verhältnis der Spannungen V3 und V6 an den temperaturempfindlichen Widerständen 3 und 6 beträgt:

V3/V6 = R3 · R11/R6 · R4 (10).

Wenn die Widerstandswerte der temperaturempfindlichen Widerstände 3 und 6 gleich miteinander sind, beträgt das Verhältnis:

V3/V6 = R11/R4 (11) .

Die Gleichung (11) bedeutet, daß eine am temperaturempfindlichen Widerstand 6 liegende Spannung viel kleiner als die Spannung am temperaturempfindlichen Widerstand 3 gewählt werden kann, wenn der Widerstandswert des Widerstandes 11 beträchtlich größer als der Widerstandswert des Widerstandes 4 eingestellt ist. Daher wird der temperaturempfindliche Widerstand 6 nicht durch sich selbst erwärmt, so daß die Temperatur des Fluids mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden kann, und somit ist eine richtige Temperaturkompensation für eine Änderung der Fluidtemperatur gewährleistet. Da weiterhin der durch den temperaturempfindlichen Widerstand 3 fließende Strom groß eingestellt werden kann, ist die Empfindlichkeit für den Luftdurchsatz gut, so daß bei Einbau der in Fig. 5 gezeigten Schaltung in ein Kraftfahr-

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zeug eine hohe Empfindlichkeit gewährleistet wird, obwohl die Batteriespannung mit 12 V niedrig ist. Da überdies in der erfindungsgemäßen Schaltung die gleichen Widerstände für die temperaturempfindlichen Widerstände verwendbar sind, ist zusammen mit hoher Wirtschaftlichkeit und einfacher Herstellung eine genaue Messung gewährleistet.

Im folgenden wird der Betrieb der Z-Diode 16 näher erläutert. Wenn die Schaltung der Fig. 5 in einem Normalzustand arbeitet, ändern sich eine Spannung an der Reihenschaltung aus dem temperaturempfindlichen Widerstand 3 und dem Widerstand 4, d. h. ein Potential am Anschluß 25, und eine Anschlußspannung am Widerstand 4, d. h. ein Potential am nichtinvertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 12, proportional zueinander. Wenn der temperaturempfindliche Widerstand 3 getrennt oder der Transistor 2 durchgebrochen ist, um leitend zu sein, wird jedoch die Proportionalität der Spannungsänderung beeinträchtigt, und es fließt ein großer Strom in die Widerstände 9, 10 und 4, und weiterhin steigt auch die Spannung am Widerstand 4. Zu dieser Zeit steigt das Potential am Anschluß 25 auf die Durchbruch- oder Kippspannung der Z-Diode 16 an, so daß die Z-Diode 16 leitet, und das Potential am invertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 13 wächst. Als Ergebnis nimmt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers ab, und dies zeigt an, daß der Luftdurchsatz Null ist oder sich Null nähert. Daher wird verhindert, daß die Kraftstoff-Einspritzung fehlerhaft betrieben wird, d. h., daß das Kraftstoff-Einspritzventil 112 fehlerhaft eine zu große Kraftstoff menge abgibt, und daß ein zu großer Strom in den temperaturempfindlichen Widerstand 3 fließt, um übermäßig erwärmt zu werden, was von einem Unfall, wie z. B. einem Feuer, begleitet wäre.

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Fig. 6 zeigt ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerätes. Dieses Ausführungsbeispiel hat weiterhin ein Hochansprechglied 30 mit zwei Verstärkern, wie z. B. Operationsverstärkern 31 und 32. Der Operationsverstärker 31 ist an seinem nichtinvertierten Eingangsanschluß mit einem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 9 und 10 verbunden und über seinen Ausgang an den invertierten Eingang des Operationsverstärkers 8 angeschlossen. Ein Widerstand 35 liegt zwischen dem invertierten Eingang und dem Ausgang des Verstärkers 31. Der Operationsverstärker 32 ist an seinem nichtinvertierten Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 12 verbunden und über seinen Ausgangsanschluß an den nichtinvertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 8 angeschlossen sowie mit seinem invertierten Eingangsanschluß mit dem invertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 31 über eine Parallelschaltung aus einem Kondensator 33 und einem Widerstand 34 verbunden. Ein Widerstand 36 ist zwischen den Ausgang des Verstärkers 32 und dessen invertierten Eingangsanschluß eingefügt.

Es sei nun angenommen, daß die Schaltung aus den temperaturempfindlichen Widerständen 3 und 6 in einem abgeglichenen Zustand ist und daß die Spannungen an den Widerständen 3 und 6 die Werte e3 bzw. e4 haben. Ein Potential e am Verbindungs-

punkt zwischen den Widerständen 9 und 10 und ein Ausgangspotential e, am Operationsverstärker 12 sind gegeben durch:

e = e4 + e4 · R6/R11 (12)

CL

e_K = e4 + ke3 (13)

mit k = Konstante.

030018/0633

In der Schaltung in Fig. 5 liegen die Spannungen e und

e, direkt am Operationsverstärker 8. Daher erzeugt der Verstärker 8 eine Ausgangsspannung e , die gegeben ist durch:

e_n = G Δ e = G (e₌ - e, ) = G (e4 + e4 * R6/R11) -

G (e4 + ke3) = G (e4 · R6/R11 - ke3) (14),

mit G = Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 8.

In der in Fig. 5 gezeigten Schaltung enthalten die Signale an den Eingangsanschlüssen des Operationsverstärkers 8 eine gemeinsame Spannungskomponente e4, und daher wird der größte Teil der Signalkomponenten des durch den Operationsverstärker 8 verarbeiteten Eingangssignales durch G * e4 eingenommen .

In der in Fig. 6 gezeigten Schaltungsanordnung liegen die

Hochspannungssignale e und e, am Hochansprechglied 30. Ent-

a D

sprechend erzeugen die Verstärker 31 und 32 Ausgangsspannungen e¹ bzw. e¹, , die gegeben sind durch: a ο

e¹ = (R36/R34) · (R6/R11) · e4 (15)

e'_b = (R35/R34) · k · e3 (16),

mit R34 bis R36 = Widerstandswerte der Widerstände 34 bis 36. Demgemäß sind die In-Phasen-Signalkomponenten e4 voneinander abgesetzt. Demgemäß verarbeitet der die Signale e' und

e' empfangende Operationsverstärker 8 lediglich ein fehler-

010018/0613

haftes Signal als ein Eingangssignal, so daß die Schaltung in Fig. 6 einen erhöhten Verstärkungsfaktor im Vergleich mit der Schaltung der Fig. 5 aufweist, und damit ist die Ansprechgeschwindigkeit auf eine Durchsatzänderung größer. Der Kondensator 33 erhöht momentan die Verstärkungsfaktoren der Operationsverstärker 31 und 32, indem zeitweise der Widerstand 34 kurzgeschlossen wird, wenn sich die Eingangsspannungen e und e, verändern. Mit der Anordnung des

a D

Kondensators 33 wird das Einstellverhalten für eine Durchsat zänderung verbessert.

Im folgenden wird erläutert, wie die in Fig. 3 gezeigte Steuereinrichtung die Ausgangsspannung Eo verarbeitet, die den vom Ausgangsanschluß 24 des in Fig. 5 oder 6 gezeigten Gerätes erhaltenen Durchsatz darstellt. Der Ausgangsanschluß 24 der in Fig. 5 oder 6 gezeigten Schaltung ist mit dem Eingangsanschluß des in Fig. 3 dargestellten Multiplexers 181 verbunden, und ein Durchsatz von Luft wird durch die Steuereinrichtung 170 berechnet.

In Fig. 7 ist ein typisches Flußdiagramm dargestellt, um direkt einen Wert f eines Durchsatzes durch die Steuereinrichtung 170 aufgrund der vom Ausgangsanschluß 24 erzeugten Daten entsprechend einem im Festspeicher 190 gespeicherten Programm zu berechnen.

Wie aus der Gleichung (9) zu ersehen ist, wird ein Durchq eine Fun]
gangsspannung Eo:

satz q eine Funktion der vom Anschluß 24 erhaltenen Aus-

^qam ^{= 1/ C}2 " ^(E°/^K'· R4 - CD² = 1/ C2 ' <e3 - C3)² (17),

mit K¹ und C3 = Konstanten.

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Wie aus der obigen Gleichung zu ersehen ist, kann durch

2 2

Berechnen von (Eo - C3) der Wert entsprechend einem Durchsatz erhalten werden. In einem Schritt 300 des Programmes gibt die Zentraleinheit 196 das Eingangsgatter für den Prozessor 180 des Multiplexers 181 über die E/A-Schnittstelle 194 und die Leitung 186 frei, so daß die Ausgangsspannung Eo des Prozessors 180 am A/D-Umsetzer 182 liegt, und dann ist der A/D-Umsetzer 182 über die Leitung 188 angesteuert. Der A/D-Umsetzer 182 setzt den Analog-Datenwert Eo in einen Digital-Datenwert um. In einem Schritt 305 wird geprüft, ob eine den Abschluß der Analog/Digital-ümsetzung durch den A/ D-Umsetzer 182 darstellende "Flagge" oder Anzeige in die E/ASchnittstelle eingegeben ist. Wenn die Analog/Digital-Umsetzung noch nicht abgeschlossen ist, wird in einem Schritt 310 eine andere Datenverarbeitung ausgeführt. Wenn sie abgeschlossen ist, wird in einem Schritt 315 das Ergebnis χ der A/D-Umsetzung in die E/A-Schnittstelle eingegeben. In einem nächsten Schritt

2 320 wird der Wert f entsprechend einem Durchsatz f = (x - C3) aufgrund des in den Festspeicher 190 eingegebenen Datenwertes C3 und des eingespeisten Datenwertes χ berechnet.

In der obigen Methode wird der Durchsatz bei jedem Eingangs-Datenwert χ berechnet. Jedoch gibt es eine Änderung, in der mehrere Eingangs-Daten-Abtastwerte X₁, ..., x_n zuvor aufgestellt werden, in der die umgesetzten Daten (eingegebene Werte des Durchsatzes) entsprechend diesen Abtastwerten berechnet und im Festspeicher 190 gespeichert werden, und in der der Durchsatzwert f für den Eingangs-Datenwert χ ungefähr aufgrund der eingegebenen Durchsatz-Werte berechnet wird, die im Festspeicher gespeichert sind.

Eine Änderung der Ausgangsspannung Eo bezüglich des Durchsatzes q ist eine Funktion von q und schematisch in Fig. am am

gezeigt. Wie aus Fig. 8 zu ersehen ist, wird die Änderungsge-

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schwindigkeit der Ausgangsspannung Eo mit steigendem Durchsatz q kleiner. Wenn entsprechend der Durchsatz mittels der Gleichung (9) aufgrund des Ausgangs-Datenwertes Eo berechnet wird, wird ein Fehler mit steigendem Durchsatz größer. Außerdem ist es möglich, den gemessenen Ausgangs-Datenwert bezüglich des Durchsatzes q zu linearisieren.

am

Wenn der Durchsatz der Ansaugluft eines Kraftfahrzeuges gemessen wird, ist es erforderlich, einen Luftdurchsatz zu mitteln, der im Ansaughub aufgenommen wird. Jedoch schwankt der Durchsatz in einer komplizierten Weise. Wenn daher der Durchsatz mittels des Ausgangs-Datenwertes Eo in Übereinstimmung mit der Gleichung (9) berechnet wird, tritt ein Fehler auf. Wenn der gemessene Ausgangs-Datenwert bezüglich des Durchsatzes linearisiert wird, ist der Durchsatz genau erfaßt.

Eine in Fig. 10 durch ein Flußdiagramm dargestellte Durchsatz-Berechnungsmethode wird als Tabellenlesemethode bezeichnet. In dieser Methode werden eingegebene Durchsatz-Werte f1, ..., fn, die bezüglich eines tatsächlichen oder Ist-Durchsatzes q hinsichtlich Eingangs-Daten-Abtastwerten

elin

X₁, ..., x linearisiert sind, zuvor berechnet, und diese Werte werden im Festspeicher gespeichert. Dann werden die Eingangs-Daten-Abtastwerte X₁ bis χ geprüft, wobei der Eingangs-Datenwert χ vom A/D-Umsetzer 182 für eine angenäherte Berechnung vorgesehen ist. D. h., die eingegebenen Durchsatz-Werte f. bis f , die in einer linearen Beziehung zum Durchsatz q sind, für die Eingangs-Daten-Abtastwerte X₁, ..., x_ am ι η

(entsprechend den analog/digital-umsetzten Werten der Ausgangsspannung Eo) werden zuvor berechnet und im Festspeicher gespeichert, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Eine Verarbeitungsmethode für das Tabellenlesen wird mittels des in Fig. 10 gezeigten Flußdiagrammes näher erläutert.

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Schritte 400 bis 415 entsprechen den in Fig. 7 gezeigten Schritten 300 bis 315, so daß von einer näheren Erläuterung abgesehen werden kann.

In einem Schritt 420 wird das Abtasten Nr. 1, d. h. N= 1, in den Schreib-Lese-Speicher 192 eingegeben. In einem Schritt 425 wird ein Eingangs-Daten-Abtastwert X₁ entsprechend N = 1 mit dem Eingangs-Datenwert χ verglichen, der im Schritt 415 eingespeist ist, und es wird geprüft, ob χ > X₁ oder nicht vorliegt. Wenn χ < X₁ vorliegt, schreitet das Programm zu einem Schritt 430 fort, wo N eingegeben wird, um die Summe des vorliegenden Wertes und 1 zu sein, d. h. N = 2. In einem Schritt 425 wird der Eingangs-Daten-Abtastwert X₂ mit dem Eingangs-Datenwert χ verglichen. Die Schritte 425 und 430 werden wiederholt, bis die Bedingung χ > X_n erfüllt ist. Daraus folgt X_n* > ^x >x«· ^In einem nächsten Schritt 435 wird die Abtastzahl mit dem Wert N bestimmt, der die Bedingung X_n-1 > x >x_fI erfüllt. Im Beispiel der Fig. 9 liegt der Eingangs-Datenwert χ zwischen den Abtastwerten X₃ und x., so daß die Abtastzahl N den Wert 4 hat, also N = 4 vorliegt. In einem Schritt 440 wird ein eingegebener Durchsatzwert f entsprechend dem Eingangs-Daten-Abtastwert χ., aus dem Festspeicher abgerufen. Auf ähnliche Weise wird in einem Schritt 445 ein eingegebener Durchsatzwert f_N-1 entsprechend dem Eingangs-Daten-Abtastwert x«_i ^vom Festspeicher aus dem Festspeicher entnommen. In einem Schritt 450 wird ein Durchsatz f entsprechend der folgenden, im Festspeicher gespeicherten Gleichung aufgrund der eingegebenen Durchsatzwerte f und f_N_-i / des Eingangs-Datenwertes χ und der Eingangs-Daten-Abtastwerte x^ und X_n-1 berechnet:

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Da die Gleichung (18) eine lineare Interpolation beinhaltet, müssen die Anzahl der Eingangs-Daten-Abtastwerte und die Anzahl der eingegebenen Durchsatzwerte ein solches Ausmaß haben, daß dieses eine Genauigkeit gewährleistet, die für die lineare Interpolation erforderlich ist. Der so erhaltene Durchsatz f ist in einer linearen Beziehung zum tatsächlichen oder Ist-Durchsatz q und ist genau.

Ein durch den Widerstand 4 in dem in Fig. 5 oder Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel fließender Strom I ist aus der Gleichung (8) wie folgt gegeben:

C2

Entsprechend ist die dem nichtinvertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 13 zugeführte Spannung e. gegeben durch:

e_± = IR4 = R4 _/k(Ci + C2

(20) .

Selbst wenn entsprechend der Durchsatz q_am den Wert Null hat, wird die Spannung e. ausgedrückt durch e_i = R4 -^kCI, und die Spannung am nichtinvertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 13 ist auf deren dynamischen Bereich für den Durchsatz q des Operationsverstärkers 13 eingeschränkt, da eine feste Spannung eingegeben wird, selbst wenn der Durchsatz den Wert Null hat. Da weiterhin e_ = R4 -v/k (C1 + C2 · q )' aus

O ^v dill

Gleichung (9) vorliegt, selbst wenn der Durchsatz den Wert Null hat, erzeugt der Operationsverstärker 13 e_Q = R4 -\J kCi , so daß der dynamische Bereich des A/D-Umsetzers 182 ebenfalls

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eingeschränkt ist. Daher kann, wie in Fig. 12 gezeigt ist, durch Anlegen einer Spannung V_n an den invertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 13 das Ausgangssignal e des Verstärkers um V_n im Vergleich mit einer Situation verringert werden, in der die Spannung V_n nicht anliegt. D. h., e = e. - V . Es muß lediglich die Spannung V der Spannungs-

^J •L· Xx Xx

quelle so eingestellt werden, daß die Spannung e klein ist, wenn der Durchsatz den Wert Null hat, d. h. e. - R4 WkCI.

Fig. 13 zeigt ein Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät mit einem Ausgangskompensierglied 50 aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes 42 und eines KonstantSpannungselementes, wie z. B. einer Z-Diode 45. Die Schaltung in Fig. 13 ist aufgrund des obigen Konzeptes aufgebaut. Weiterhin ist die Schaltung der Fig. 13 vorgesehen, wenn eine Spannung an der Z-Diode 43, d. h. eine Spannung am Anschluß 41, unbekannt ist. Die Spannung am Anschluß 41 wird durch eine Reihenschaltung des mit der Gleichspannungsquelle V verbundenen Widerstandes 42 und der Z-Diode 43 eingestellt. Die eingestellte Spannung liegt am invertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 13. Die Spannung V_n wird über den Multiplexer 181 eingelesen, anschließend wird die Spannung V_ zum Ausgangs-Datenwert e des Operationsverstärkers 13 addiert, um dadurch einen kompensierten Wert des Ausgangs-Datenwertes zu erhalten, und ein Durchsatzwert wird aus dem kompensierten Wert erarbeitet.

Ein Flußdiagramm zur Ausführung einer derartigen Verarbeitung ist in Fig. 14 gezeigt. Zunächst wird in einem Schritt 500 das Eingangsgatter Nr. M des Multiplexers 181 auf 1 eingestellt, und M = 1 wird in eine bezeichnete Adresse des Multiplexers eingegeben. In einem Schritt 505 wird dann M = 1 der Eingangsgatter-Nr. des Multiplexers gelesen, ein Gatter-Wähl-

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signal wird über die Leitung 186 zum Multiplexer 181 geschickt, um dadurch ein Eingangsgatter G1 freizugeben, und die Spannung V am Anschluß 41 wird an den A/D-Umsetzer 182 gelegt. In einem Schritt 510 wird der A/D-Umsetzer 182 angesteuert, um eine Analog-Spannung V in eine Digital-Spannung umzusetzen. In einem Schritt 515 wird geprüft, ob eine den Abschluß der Analog/Digital-Umsetzung anzeigende "Flagge" oder Anzeige in die E/ASchnittstelle eingegeben ist oder nicht. Wenn die Analog/ Digital-Umsetzung noch nicht abgeschlossen ist, wird in einem Schritt 520 eine andere Berechnung durchgeführt. Wenn sie abgeschlossen ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 525 fort. In diesem Schritt wird das Ergebnis χ_Λ der Analog/Digital-Umsetzung der Spannung V_n vom A/D-

O r\

Umsetzer 182 in die E/A-Schnittstelle eingegeben. In einem Schritt 530 wird geprüft, ob das Gatter Nr. M des Multiplexers den Wert 1 hat oder nicht. Wenn M = 1 vorliegt, schreitet das Programm zu einem Schritt 540 fort, bei dem der im Schritt 525 eingegebene Datenwert χ im Schreib-Lese-Speicher gespeichert wird. In einem Schritt 545 wird das Multiplexer-Eingangsgatter Nr. M auf 2 eingestellt, d. h. M = 2. Dann wird in einem Schritt 550 M = 2 gelesen, und das Gatter G2 ist offen, damit eine Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 13 dort hindurch zum A/ D-Umsetzer 182 geschickt werden kann. Die Schritte 510 bis 52 5 berechnen den analog-digital-umgesetzten Wert χ der Ausgangsspannung e und geben diesen in die E/A-Schnittstelle ein. In einem Schritt 530 wird geprüft, ob das Eingangsgatter Nr. M den Wert 1 hat oder nicht. Wie oben erwähnt wurde, liegt nun M = 2 vor. Die Zentraleinheit führt einen Schritt 555 aus. In diesem Schritt wird der im Schreib-Lese-Speicher gespeicherte Datenwert χ ausgelesen, der Datenwert χ wird zum Ausgangsdatenwert χ addiert, und die Summe χ = χ, + χ wird im Schreib-Lese-Speicher gespeichert.

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Ein Durchsatz wird aus dem Ergebnis der Addition χ = & + χ berechnet.

Fig. 15 zeigt ein Schaltbild eines Kompensiergliedes zum Kompensieren der Ausgangsspannung e mittels einer bekannten, in geeigneter Weise eingegebenen Spannung V_. Es gibt zwei Wege zur Ausführung der Kompensation. Ein Weg liegt darin, daß ein Ausgangs-Kompensierglied 51 einschließlich einer Reihenschaltung aus einem Widerstand 44 und einer Z-Diode 45 vorgesehen wird; eine Spannung V₀ an

der Z-Diode 45 wird auf einen geeigneten Wert eingestellt, und der eingestellte Wert liegt am invertierten Eingang des Operationsverstärkers. Diese Methode wird mittels des in Fig. 16 gezeigten Flußdiagrammes näher erläutert. Wie in den Schritten 300 bis 315 (vgl. Fig. 7) führen die Schritte 605, 610, 615 und 620 die Analog/Digital-Umsetzung der Ausgangsspannung e des Operationsverstärkers 13 durch und geben das Ergebnis der Umsetzung in die E/A-Schnittstelle ein. In einem nächsten Schritt 625 wird der Digital-Wert χ_Λ der eingegebenen Spannung V_D, die zuvor im Schreib-Lese-

O s\

Speicher aufgezeichnet wurde, daraus abgerufen. In einem Schritt 630 wird der Datenwert & zum eingegebenen Wert χ addiert, und die Summe χ = χ + χ wird im Schreib-Lese-Speicher gespeichert.

Aufgrund des gespeicherten Kompensierwertes χ wird ein Durchsatz erreicht.

Die andere Methode liegt darin, daß ein geeigneter Digital-Wert über eine E/A-Schnittstelle 194 einem D/A-Umsetzer 183 zugeführt wird, und ein Analog-Ausgangssignal des Umsetzers 183 liegt als die Spannung V_n am invertierten Eingang des Operationsverstärkers 13. Diese Methode wird mittels des

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in Fig. 16 gezeigten Flußdiagrammes näher erläutert. Zunächst wird in einem Schritt 600 der zuvor im Schreib-Lese-Speicher gespeicherte Digital-Einstellwert χ zum D/A-Umsetzer 183 über die E/A-Schnittstelle 194 gespeist, und das Analog-Ausgangssignal des Umsetzers wird dem invertierten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 13 als die eingegebene Spannung V_ zugeführt. Dann wird durch Schritte 605 bis 610 der analogdigital-umgesetzte Wert jk der Ausgangsspannung e des Operationsverstärkers 14 ausgearbeitet und in die E/A-Schnittstelle eingegeben. In einem letzten Schritt 630 werden der im Schritt 620 eingespeiste Datenwert x. ^un<i der im Schreib-Lese-Speicher gespeicherte eingegebene Wert χ addiert, und die Summe wird im Schreib-Lese-Speicher als Durchsatz-Datenwert gespeichert.

Indem eine Ausgangsspannung e durch die Subtraktion eines vorbestimmten Wertes von der Eingangsspannung e. in den Operationsverstärker 13 erhalten wird, verwendet der A/D-Umsetzer 182 seinen gesamten dynamischen Bereich für die Eingangsdaten, so daß das Analog/Digital-Umsetzungsergebnis sehr genau ist, wie dies oben erläutert wurde.

Die obige Beschreibung bezieht sich lediglich auf einen Fall, in dem ein Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät nach der Erfindung zur Messung des Luftdurchsatzes einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug verwendet wird. Selbstverständlich ist jedoch das erfindungsgemäße Gerät auch für andere geeignete Vorrichtungen in vorteilhafter Weise verwendbar.

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Claims

Ansprüche

Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät, mit

einer ersten Reihenschaltung aus einem ersten temperaturempfindlichen Widerstandselement in einem Fluidweg eines Fluids und aus einem ersten Widerstandselement,

gekennzeichnet durch

einen Spannungsteiler (9, 10) zum Teilen einer Spannung
am ersten temperaturempfindlichen Widerstandselement (3),

ein zweites temperaturempfindliches Widerstandselement
(6) für eine Temperaturkompensation, das in einem Fluidweg
des Fluids vorgesehen ist,

einen Detektor (8) zum Erfassen einer Differenz zwischen einer Ausgangsspannung des Spannungsteilers (9, 10) und einer Ausgangsspannung des zweiten temperaturempfindlichen Widerstandselementes (6) für eine Temperaturkompensation,

eine Steuereinrichtung (2) zum Steuern des in die erste
Reihenschaltung gespeisten Stromes entsprechend einer vom Detektor (8) erfaßten Spannung, und

eine Ausgangsstufe (13) zum Erzeugen einer Spannung entsprechend einer Spannung am ersten Widerstandselement (4),

wobei eine Ausgangsspannung der Ausgangsstufe (13) einen Durchsatz des Fluids anzeigt.
2. Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

81-(A 4112-O3)-E

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ORIGINAL INSPECTED

daß die Temperaturkoeffizienten des ersten temperaturempfindlichen Widerstandselements (3) und des zweiten temperaturempfindlichen Widerstandselements (6) gleich zueinander sind.
3. Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Spannungsteiler aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen (9, 10) besteht, und

daß der Detektor ein Verstärker (8) ist.
4. Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein zweites Widerstandselement (11) in Reihe zum zweiten temperaturempfindlichen Widerstandselement (6), um eine zweite Reihenschaltung zu bilden,

eine Steuereinheit (12) zum Steuern einer Spannung an der zweiten Reihenschaltung, so daß eine Spannung am ersten Widerstandselement (4) und eine Spannung am zweiten Widerstandselement (11) gleich zueinander sind,

wobei die Spannung an der zweiten Reihenschaltung dem Detektor (8) als die Ausgangsspannung am temperaturempfindlichen Widerstandselement (6) für eine Temperaturkompensation zugeführt ist.
5. Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuereinheit ein Verstärker (12) ist, und daß das temperaturempfindliche Widerstandselement (6)

in eine Rückkopplungsschleife des Verstärkers (12) eingefügt ist.
6. Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

030010/0633

ein Konstantspannungsglied (16), das mit einem Ende an eine Stromquelle angeschlossen ist,

wobei die Ausgangsstufe einen Verstärker (13) aufweist, der einerseits am nichtinvertierten Eingangsanschluß mit dem ersten Widerstandselement (4) und am invertierten Eingangsanschluß mit dem anderen Anschluß des Konstantspannungsgliedes (16) verbunden ist und andererseits ein Ausgangssignal als die Ausgangsspannung erzeugt.
7. Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen ersten Operationsverstärker (31), dessen nichtinvertierter Eingangsanschluß mit dem Ausgang des Spannungsteilers (9, 10) verbunden ist, und

einen zweiten Operationsverstärker (32), dessen nichtinvertierter Eingangsanschluß an den Ausgang des zweiten temperaturempfindlichen Widerstandselements (6) angeschlossen ist, ₊₎

wobei die/Eingangsanschlüsse des ersten und des zweiten Operationsverstärkers (31, 32) elektrisch miteinander verbunden und die Ausgangsanschlüsse des ersten und des zweiten Operationsverstärkers (31, 32) an den Detektor (8) angeschlossen sind.
8. Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die invertierten Eingangsanschlüsse des ersten und des zweiten Operationsverstärkers (31, 32) miteinander über eine Parallelschaltung eines Widerstandes (34) und eines Kondensators (33) verbunden sind.
9. Hitzdraht-Durchsatz-Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

+ ) invertierten

ein Konstantspannungsglied (50 bis 52),
wobei die Ausgangsstufe ein Operationsverstärker (13) ist, dessen nichtinvertierter bzw. invertierter Eingangsanschluß mit dem Verbindungspunkt der ersten Reihenschaltung bzw. dem Konstantspannungsglied (50 bis 52) verbunden ist,

wodurch der Luftdurchsatz durch die Daten der Summe
der Ausgangssignale des Operationsverstärkers (13) und des Konstantspannungsgliedes (50 bis 52) berechenbar ist.

630016/0631